人类进入21世纪以来，随着计算机、无线通信、传感器技术以及自动控制等学科的飞速发展，使得构造能够根据环境自主完成指定任务的无线传感器网络变为可能。无线传感器网络作为新兴的测控网络，能够自主实现数据采集、融合和传输。它的存在改变了人与自然交互的方式，是21世纪的IT热点技术之一，在军事、医疗、环境监控和其他一些商业应用领域有着广泛的前景和价值。在无线传感器网络中，路由协议作为通信过程中的核心支撑技术成为学术界研究的重要内容。由于无线传感器网络受到节点能量、计算以及通信等条件的限制，因此在设计路由协议时，如何以高效的能量利用率将数据从源节点传输至基站成为协议设计的主要目标。虽然目前已经有许多学者对大规模网络的分簇和路由进行了研究，也取得了显著的成效，但是还是存在着一些问题。研究表明，分簇路由虽然在节约能量和提高通信带宽方面有着显著的优势，但是单一簇首节点的可靠性与稳定性对全网性能影响很大，信息的采集与融合会大量消耗簇首的能量导致节点死亡。并且每一轮簇首选举也会造成过多的能量损耗，减少数据传输时间；另外，随着无线传感器网络规模的不断扩大，如果协议只有在数据发生拥塞时启用解决机制，难免会因为控制信息的传输进一步加剧网络拥塞。因此，寻找一种有效的耗能均衡算法来解决WSN分簇与拥塞问题显得十分重要。本论文针对大规模的无线传感器网络展开研究工作，主要研究内容如下：1）查阅现有的文献以及国内外相关的参考资料，针对WSN节点在工作中的能量消耗与节能问题进行了分析，论述了在大规模无线传感器网络中，分簇路由算法在全网节能方面的优势，并指出现有层次路由算法存在的不足和需要进一步解决的问题。2）在簇首选择阶段，针对单一簇首机制下的过多簇首能量损耗问题，提出了基于主副簇首的分簇机制。协议通过综合代价函数选举主副簇首，分别承担了簇域内信息的采集、融合以及簇间的转发工作，避免了单簇首时能量的大量消耗，均衡了网络负载。在成簇阶段，提出了一种节点密度控制策略，在该方法中，副簇首根据其与基站距离的远近确定可容纳节点个数，避免了因节点密度不均导致靠近基站簇首负担加重的可能。同时，改单轮成簇为双轮成簇，有效地延长了数据传输时间，避免了每一轮因为成簇造成的通信损耗。3）构建了一种基于拥塞预知的多径寻优路由策略。该策略基于主动避免拥塞的思想对节点进行拥塞检测，依据节点拥塞度、剩余能量以及最小跳数计算节点的转发成功率，并以此为依据确立源节点到Sink节点间的最优路径。同时，对于突发的拥塞，协议启用择路绕行机制，避免数据传输过程中经过拥塞节点，保证数据传递的通畅。4）针对突发紧急事件，设计10%缓存预留区对紧急数据进行处理与传输。当网路处于拥塞状态时，该策略能够在不影响现有数据处理的同时保证簇间通信的及时性。